SARS-CoV-2感染胰腺需要宿主因子PLAC8

【字体: 时间:2025年02月04日 来源:Communications Medicine 5.4

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  Ibargüen-González, Heller等在120例COVID-19患者的回顾性队列研究中分析了血浆胰酶和炎症标志物水平。发现宿主因子PLAC8是SARS-CoV-2胰腺感染所必需的。

  

新冠病毒胰腺感染新发现:PLAC8 蛋白的关键作用


在抗击新冠疫情的科研征程中,众多研究聚焦于新冠病毒(SARS-CoV-2)对人体各个器官的影响。近日,来自西班牙巴利阿里群岛健康研究所(IdISBa)的 Lesly Ibargüen-González 等研究人员,在《Communications Medicine》期刊上发表了题为 “Host factor PLAC8 is required for pancreas infection by SARS-CoV-2” 的论文。这一研究成果意义重大,它深入剖析了 SARS-CoV-2 与胰腺感染之间的关系,揭示了宿主因子胎盘相关蛋白 8(PLAC8)在其中的关键作用,为理解新冠病毒感染的病理机制以及开发潜在治疗靶点提供了重要依据。

一、研究背景


新冠病毒引发的 COVID-19 最初主要引发人们对呼吸道症状的关注,但大量证据表明,该病毒还会对人体其他器官造成影响,胰腺便是其中之一。胰腺作为重要的腺体,不仅负责产生胰岛素等激素,还分泌消化酶,对人体代谢和消化功能至关重要。已有研究报道,部分 COVID-19 患者出现了胰腺炎症、损伤和功能障碍,但 SARS-CoV-2 感染胰腺的具体机制、感染的严重程度以及相关病理生理学仍存在诸多争议。

PLAC8 是一种在多种组织中表达的高度保守蛋白,包括胎盘、呼吸系统和胃肠道等。此前研究发现,PLAC8 参与细胞自噬、细胞运动等多种细胞过程,并且在胰腺癌的发生发展中扮演重要角色。此外,PLAC8 还被证实是 SARS-CoV-2 感染人肺癌细胞系以及猪急性腹泻综合征冠状病毒(SADS-CoV)感染猪原代肠上皮细胞的关键宿主因子,这暗示着它可能是冠状病毒感染的一个通用宿主因子,在 SARS-CoV-2 感染胰腺的过程中或许也发挥着重要作用。

二、研究材料与方法


  1. 研究材料:研究使用了多种样本,包括患者组织、血液样本等。患者组织用于免疫组化和免疫荧光分析,其中 COVID-19 患者的胰腺组织来自于 2020 - 2021 年去世的 12 名患者,对照患者的胰腺组织来自于 5 名因其他原因去世的个体,正常胰腺组织则购自 Zyagen。血液样本则来自于 80 名 COVID-19 患者和 COVID-19 阴性的健康志愿者。此外,研究还使用了多种细胞系,如 HPAF-II、MIA PaCa-2、SUIT-2、1.4E7、HEK-293T 和 Vero E6 等。
  2. 关键技术路线:研究人员通过回顾性队列研究,分析了 120 名 COVID-19 患者的血浆中胰腺酶和炎症标志物水平,并根据疾病严重程度将患者分为三组。在组织分析方面,运用免疫组化和免疫荧光技术,研究 SARS-CoV-2 和 PLAC8 在 COVID-19 患者胰腺组织以及非感染供体胰腺组织中的表达情况。为了探究 PLAC8 在 SARS-CoV-2 胰腺感染中的作用,构建了 PLAC8 基因敲除的胰腺癌细胞系和人胰岛 β 细胞衍生细胞系,并进行假病毒感染实验和 SARS-CoV-2 病毒感染实验。同时,利用孟德尔随机化分析评估 COVID-19 严重程度与血浆中胰腺淀粉酶和脂肪酶水平之间的因果关系。

三、研究结果


  1. 胰腺损伤与 COVID-19 严重程度相关:通过对 COVID-19 患者尸检材料的研究,发现胰腺组织的胰岛和腺泡上皮中存在 SARS-CoV-2 刺突蛋白,免疫荧光分析进一步验证了这一结果,表明在严重 COVID-19 感染期间,胰腺存在持续的有效感染。对 120 名患者血浆的回顾性队列研究显示,血浆中胰腺脂肪酶和淀粉酶水平能有效区分不同严重程度的 COVID-19 患者,且这两种酶的水平与炎症标志物 C 反应蛋白(CRP)和 D - 二聚体相关。此外,血浆中胰腺脂肪酶和淀粉酶水平还能显著区分出院患者和死亡患者。孟德尔随机化分析表明,COVID-19 严重或危重症状患者的胰腺损伤生物标志物水平更高,但与住院患者和普通人群组未观察到显著关联,且与胰腺脂肪酶也无显著关联。
  2. PLAC8 在 SARS-CoV-2 感染的胰腺中过表达:对 COVID-19 患者和非感染个体的胰腺组织进行免疫组化分析,发现 PLAC8 主要在胰岛中表达,在腺泡中表达较少。COVID-19 患者胰腺组织、胰岛和腺泡中的 PLAC8 水平显著高于非感染个体,免疫荧光染色也证实了这一结果,表明 PLAC8 可能参与了胰腺 COVID-19 的发病机制。
  3. PLAC8 过表达与 SARS-CoV-2 感染在多个器官中相关:研究人员对不同器官的尸检材料进行免疫组化分析,发现与未感染供体相比,SARS-CoV-2 感染的死亡个体的结肠、肝脏和肺中 PLAC8 蛋白显著过表达,进一步支持了 PLAC8 在 SARS-CoV-2 感染中的潜在作用。
  4. 宿主因子 PLAC8 是 SARS-CoV-2 胰腺感染所必需的:利用 CRISPR/Cas9 技术构建了 PLAC8 基因敲除的胰腺癌细胞系和人胰岛 β 细胞衍生细胞系。用携带不同关注变体(VOC)的假病毒感染这些细胞系,发现 PLAC8 基因敲除显著降低了感染效率,且这种降低在所有测试的 VOC(武汉 - 1、BA1 和 BA4/5)中均显著。通过异位表达 CRISPR 抗性的 GFP 融合 PLAC8(GFP-PLAC8)进行挽救实验,结果表明 GFP-PLAC8 能够恢复敲除细胞系的感染效率,且 PLAC8 的调节不影响 ACE2 受体水平,证明宿主因子 PLAC8 是 SARS-CoV-2 有效感染胰腺所必需的。
  5. SARS-CoV-2 在胰腺癌细胞系中的有效感染依赖于 PLAC8:用武汉 - 1 和 BA.1 株的 SARS-CoV-2 感染性病毒接种物感染 SUIT-2 PLAC8 非靶向(NT)和敲除(KO)细胞系,免疫荧光检测核衣壳(N)蛋白显示,PLAC8 功能缺失导致感染细胞数量显著减少。分析细胞培养上清液中的感染性病毒滴度发现,PLAC8 功能缺失显著损害了病毒的复制能力,表明 SARS-CoV-2 在胰腺癌细胞系中的有效感染和复制依赖于 PLAC8。
  6. 在严重 COVID-19 期间,宿主因子 PLAC8 与 SARS-CoV-2 共定位:对 2 名 COVID-19 死亡患者的胰腺组织尸检分析显示,PLAC8 染色在胰岛中信号更强,与之前观察一致。形态计量分析表明,PLAC8 与 SARS-CoV-2 核衣壳(N)蛋白共定位,尤其在胰岛中,腺泡中较少,进一步证实了 PLAC8 在 SARS-CoV-2 胰腺感染中的重要性。

四、研究结论与讨论


该研究明确证实了人体胰腺是 SARS-CoV-2 的靶器官,存在感染损伤的迹象,并且发现宿主因子 PLAC8 是 SARS-CoV-2 胰腺感染所必需的。这一发现为 COVID-19 相关胰腺发病机制提供了新的靶点,具有重要的理论和临床意义。

在理论方面,研究揭示了 SARS-CoV-2 感染胰腺的病理过程以及 PLAC8 在其中的关键作用,进一步丰富了对新冠病毒感染机制的认识。此前虽然知道 SARS-CoV-2 会感染胰腺,但具体的分子机制并不清楚,该研究填补了这一空白,为后续深入研究冠状病毒感染的分子生物学机制提供了重要线索。

从临床角度来看,测量胰腺酶水平具有预后价值,可帮助医生更好地评估 COVID-19 患者的病情严重程度和预后情况。同时,PLAC8 作为潜在的治疗靶点,为开发针对 COVID-19 相关胰腺损伤的治疗方法提供了新方向。未来可以针对 PLAC8 开发特异性药物,阻断 SARS-CoV-2 对胰腺的感染,减轻胰腺损伤,从而改善患者的临床结局。

然而,研究也存在一些局限性。例如,虽然发现了 PLAC8 在 SARS-CoV-2 胰腺感染中的重要作用,但 PLAC8 影响病毒感染的具体分子机制仍有待进一步研究。此外,研究中使用的孟德尔随机化分析的阈值选择可能会对结果产生影响,需要在不同人群和队列中进行验证。尽管如此,该研究仍然为 COVID-19 的研究和治疗开辟了新的道路,有望推动相关领域的进一步发展。

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